Сульфид молибдена(IV)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Дисульфид молибдена
Сульфид молибдена(IV)
Сульфид молибдена(IV)
Общие
Систематическое
наименование
сульфид молибдена(IV)
Традиционные названия дисульфид молибдена
Хим. формула MoS2
Физические свойства
Состояние черный кристалл, минерал, камень
Молярная масса 160,07 г/моль
Плотность 4,68 ÷ 5,06 г/см³
Термические свойства
Т. плав. (разл.) 1185 °C, 2100[1]
Химические свойства
Растворимость в воде практически нерастворим
Структура
Координационная геометрия тригональная призматическая (Mo4+), пирамидальная (S2−)
Кристаллическая структура гексагональная, hP6, пространственная группа P63/mmc, № 194
Классификация
Рег. номер CAS [http://www.chemnet.com/cas/supplier.cgi?exact=dict&terms=1317-33-5 1317-33-5 1317-33-5 1317-33-5]
PubChem 14823
SMILES
RTECS QA4697000
ChemSpider 14138
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Сульфид молибдена(IV) (дисульфид молибдена) — неорганическое бинарное химическое соединение четырехвалентного молибдена с двухвалентной серой. Химическая формула ~\mathsf{MoS_2}.

Физические свойства[править | править исходный текст]

Сульфид молибдена(IV) представляет собой серо-голубой или чёрный кристаллический порошок, жирный на ощупь (как графит), твёрдость 1—1,5 по шкале Мооса (оставляет чёрный след на бумаге).

Дисульфид молибдена существует в двух кристаллических модификациях:

В дисульфиде молибдена каждый атом Mo(IV) находится в центре тригональной призмы и окружён шестью атомами серы. Тригональная призма ориентирована так, что в кристалле атомы молибдена находятся между двумя слоями атомов серы[2]. Из-за слабых ван-дер-ваальсовых сил взаимодействия между атомами серы в MoS2, слои могут легко скользить друг относительно друга. Это приводит к появлению смазочного эффекта.

Дисульфид молибдена является диамагнетиком и полупроводником[3].

Получение[править | править исходный текст]

В природе дисульфид молибдена встречается в виде минерала — молибденита. Известна также природная аморфная форма — жордизит (англ. jordisite), которая встречается значительно реже. Руды молибденита всегда содержат большое количество примесей, поэтому их обогащают с помощью флотации, получая в конце процесса относительно чистый MoS2 — основной исходный продукт для дальнейшего получения молибдена [4].

В лабораторной практике дисульфид молибдена может быть получен непосредственно из элементов:

~\mathsf{Mo + 2S \xrightarrow{600-700^\circ C} MoS_2}

Взаимодействием молибдена или его диоксида с сероводородом:

~\mathsf{Mo + 2H_2S \xrightarrow{>800^\circ C} MoS_2 + 2H_2}
~\mathsf{MoO_2 + 2H_2S \xrightarrow{400^\circ C} MoS_2 + 2H_2O}

Химические свойства[править | править исходный текст]

Дисульфид молибдена не растворяется в воде, не реагирует с разбавленными кислотами и щелочами.

При нагревании без доступа воздуха MoS2 разлагается в несколько стадий:

~\mathsf{MoS_2 \xrightarrow{\sim 1100^\circ C} Mo_2S_3 + S \xrightarrow{\sim 1100^\circ C,\ vacuum} Mo + S}

При нагревании на воздухе дисульфид молибдена окисляется:

~\mathsf{2MoS_2 + 7O_2 \xrightarrow{400-600^\circ C} 2MoO_3 + 4SO_2}

Перегретый пар также взаимодействует с дисульфидом молибдена:

~\mathsf{MoS_2 + 2H_2O \xrightarrow{500^\circ C} MoO_2 + 2H_2S}

Концентрированные неокисляющие кислоты разлагают MoS2 до диоксида:

~\mathsf{MoS_2 + 2H_2SO_4 \xrightarrow{~~} MoO_2\downarrow + 2S\downarrow + 2SO_2 + 2H_2O}

Концентрированные, горячие окисляющие кислоты окисляют MoS2 до триоксида:

~\mathsf{MoS_2 + 18HNO_3 \xrightarrow{100^\circ C} MoO_3\downarrow + 18NO_2 + 2H_2SO_4 + 7H_2O}

Водород восстанавливает дисульфид молибдена:

~\mathsf{MoS_2 + 2H_2 \xrightarrow{800^\circ C} Mo + 2H_2S}

При хлорировании дисульфида молибдена при повышенных температурах получается пентахлорид молибдена[источник не указан 1384 дня]:

~\mathsf{2MoS_2 + 7Cl_2 \xrightarrow{t} 2MoCl_5 + 2S_2Cl_2}

Дисульфид молибдена реагирует с литием с образованием интеркаляционных соединений:

~\mathsf{MoS_2 + \mathit{x}Li \xrightarrow{~ ~ ~} Li_\mathit{x}MoS_2 }

При реакции с n-бутиллитием получается соединение с формулой LiMoS2[4].

При сплавлении с сульфидами щелочных металлов образует тиосоли:

~\mathsf{MoS_2 + Na_2S \xrightarrow{~ t ~} Na_2MoS_4 }

Использование в качестве смазки[править | править исходный текст]

MoS2 с размером частиц в диапазоне 1—100 мкм является сухим смазывающим веществом. Существуют немного альтернатив, которые могут иметь высокие смазочные и стабильные свойства вплоть до температур в 350 °C в окислительных средах, а также в вакууме. Испытания MoS2 с использованием трибометра при низких нагрузках (0,1—2 Н) дают значение коэффициента трения меньшего 0,1[5][6].

Дисульфид молибдена часто является компонентом смесей и композиционных материалов с низким коэффициентом трения. Такие материалы используются в критически важных компонентах, например, в авиационных двигателях. При добавлении к пластмассе MoS2 формирует композиционный материал с улучшенной прочностью и с уменьшением трения. В качестве полимеров, к которым добавляют MoS2, используются нейлон, тефлон и веспел (англ. vespel). Были разработаны самосмазывающиеся композиционные покрытия для высокотемпературных конструкций, состоящие из дисульфида молибдена и нитрида титана при помощи CVD-технологии[7].

Специфическое использование[править | править исходный текст]

MoS2 часто используется как смазка в двухтактных двигателях, например, в двигателях мотоциклов. Он также используется в шарнирах равных угловых скоростей и в карданном вале.

Со времени войны во Вьетнаме дисульфид молибдена использовался для смазки оружия. Покрытия ствола такой смазкой увеличивает точность стрельбы[8]. В настоящее время дисульфидом покрываются непосредственно пули.

MoS2 применяется в турбомолекулярных насосах, использующихся при получении сверхвысокого вакуума со значением давления до 10−9 тор (при −226 до 399 °C).

Смазка из MoS2 применяется при дорновании для предотвращения образования наростов на обрабатываемой поверхности [9].

Использование в нефтехимии[править | править исходный текст]

Синтетический дисульфид молибдена используется в качестве катализатора для сероочистки на нефтеочистительных заводах, например, при гидрообессеривании[10]. Эффективность катализаторов из MoS2 увеличивается при их легировании небольшим количеством кобальта или никеля, а также смесями, основанных на оксиде алюминия.

Использование в радиотехнике[править | править исходный текст]

Дисульфид молибдена – полупроводник, поэтому может применяться в изготовлении высокочастотных детекторов, выпрямителей или транзисторов.[11].

Использование в будущем[править | править исходный текст]

В качестве фотокатализатора[править | править исходный текст]

В сочетании с сульфидом кадмия дисульфид молибдена увеличивает скорость фотокаталитического производства водорода[12].

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Важнейшие соединения молибдена.(недоступная ссылка — история). Проверено 17 апреля 2010. Архивировано из первоисточника 3 мая 2006.
  2. Wells, A.F. Structural Inorganic Chemistry. — Oxford: Clarendon Press, 1984. — ISBN 0-19-855370-6
  3. W. Müller-Warmuth, R. Schöllhorn Progress in intercalation research. — Springer, 1994. — P. 50. — ISBN 0792323572
  4. 1 2 Patnaik Pradyot Handbook of Inorganic Chemical Compounds. — McGraw-Hill, 2003. — P. 587. — ISBN 0070494398
  5. G. L. Miessler and D. A. Tarr Inorganic Chemistry, 3rd Ed. — Pearson/Prentice Hall publisher, 2004. — ISBN 0-13-035471-6
  6. Shriver, D. F.; Atkins, P. W.; Overton, T. L.; Rourke, J. P.; Weller, M. T.; Armstrong, F. A. Inorganic Chemistry. — New York: W. H. Freeman, 2006. — ISBN 0-7167-4878-9
  7. ORNL develops self-lubricating coating for engine parts. Архивировано из первоисточника 1 марта 2012.
  8. Barrels retain accuracy longer with Diamond Line(недоступная ссылка — история). Norma.
  9. DOW CORNING Z moly-powder(недоступная ссылка — история). Dow Corning.
  10. Topsøe, H.; Clausen, B. S.; Massoth, F. E. Hydrotreating Catalysis, Science and Technology. — Berlin: Springer-Verlag, 1996.
  11. Grease Company "Interavto". Interavto. Архивировано из первоисточника 5 июня 2012.
  12. CAS researchers discover low-cost photocatalyst for H2 production(недоступная ссылка — история). Chinese Academy of Sciences. Архивировано из первоисточника 19 июня 2008. (недоступная ссылка)